Тем не менее, один шаг в этом процессе остался загадкой, потому что молекулярные структуры задействованных белков были неизвестны.Исследователи из Университета Дьюка впервые увидели крупным планом белок под названием MurJ, который имеет решающее значение для построения клеточной стенки бактерий и защиты ее от внешних атак.
26 декабря они опубликовали молекулярную структуру MurJ в журнале Nature Structural and Molecular Biology.Исследователи антибиотиков ощущают острую необходимость в более глубоком понимании конструкции клеточной стенки для разработки новых антибиотиков перед лицом растущей устойчивости к антибактериальным препаратам. Только в США устойчивая к антибиотикам инфекция под названием MRSA вызывает почти 12000 смертей в год.«До сих пор механизмы MurJ были чем-то вроде« черного ящика »в синтезе бактериальной клеточной стенки из-за технических трудностей при изучении белка», — сказал старший автор Сеок-Йонг Ли, доктор философии, доцент биохимии в Университете Дьюка.
Школа медицины. «Наше исследование может дать представление о разработке антибиотиков широкого спектра действия, потому что почти каждый тип бактерий нуждается в действии этого белка».Клеточная стенка бактерии состоит из жесткого сетчатого материала, называемого пептидогликаном. Молекулы для производства пептидогликана производятся внутри клетки, а затем их необходимо транспортировать через клеточную мембрану, чтобы построить внешнюю стенку.
В 2014 году другая группа ученых обнаружила, что MurJ — это белок-переносчик, расположенный в клеточной мембране, который отвечает за переворачивание этих строительных блоков стены через мембрану. Без MurJ предшественники пептидогликана накапливаются внутри клетки, и бактерия распадается.Многие группы безуспешно пытались решить структуру MurJ, отчасти потому, что с мембранными белками, как известно, сложно работать.В новом исследовании команда Ли смогла кристаллизовать MurJ и определить его молекулярную структуру с разрешением 2 ангстрем с помощью известного метода, называемого рентгеновской кристаллографией, чего трудно достичь в мембранном белке.
Эта структура в сочетании с последующими экспериментами, в которых ученые мутировали определенные остатки MurJ, позволила им предложить модель того, как он переворачивает предшественники пептидогликана через мембрану.После определения первой структуры MurJ команда Ли теперь работает над захватом MurJ в действии, возможно, путем кристаллизации белка, когда он связан с предшественником пептидогликана.
«Связывание структуры MurJ с его субстратом будет ключевым. Это действительно поможет нам понять, как работает этот транспортер и как разработать ингибитор, нацеленный на этот транспортер», — сказал Ли.Группа Ли продолжает исследования структуры и функций других ключевых участников биосинтеза клеточной стенки бактерий. В прошлом году они опубликовали структуру другого важного фермента, MraY, связанного с антибактериальным мурамицином.
Исследование было поддержано стартапами Duke University.